【元素家族——連載151】玩紙牌的化學家

1867年，經歷了整整六年的農奴制改革，沙俄帝國百廢待興，期待進步，聖彼得堡大學請來了一名年輕的傑出「海龜」，擔任普通化學教授。這位大鬍子一開始倒也勤勤懇懇，準備講義，沒多久，一本厚達500頁的巨著《化學原理》上半部已經新鮮出爐。可是當他翻閱自己的手稿時卻不禁皺起了眉頭，這厚厚的一疊竟然才講了8種元素。（可比我能侃多了^_^）

接下來6個禮拜，他一邊跟校方商談延期交稿，另一邊卻躲在實驗室里一個人玩起了紙牌，讓人大跌眼鏡。

【玩紙牌玩成科學，真可謂是史上第一人。】

這個大鬍子「海龜」就是大名鼎鼎的德米特里*門捷列夫，他的童年充滿了悲劇：出生於寒冷的西伯利亞，家裡共有14個孩子，他是最小的那個，13歲那一年父親去世，母親為了填飽家裡這麼多張嘴，接管了當地的玻璃工廠。幾年後工廠因一場大火而燒毀，母親回首望去，家裡大大小小一幫熊孩子就沒幾個會數數的，好在還有小兒子德米特里聰明伶俐。

【偉大的母親：瑪利亞*門捷列夫。】

戰鬥民族的女人就是不一樣，她二話沒說，把小兒子捆在馬背上，騎著馬翻過了白雪皚皚的烏拉爾山脈，飛奔2000公里，把兒子送到了莫斯科，希望能進首都的一所精英大學。沒想到招生辦鐵青著臉：「請出示莫斯科戶口本。」硬是把這位頑強的母親擋在門外，她只好捆著小兒子繼續飛奔600公里，一路向北，來到了聖彼得堡，求爺爺告奶奶，總算讓小門捷列夫進入了亡父的母校，他剛登記入學，這位偉大的母親就因過度勞累而去世了。

【門捷列夫母親的偉大長征！成就了自己的兒子，也成就了全人類。】

門捷列夫不負眾望，果然天資聰穎，才華橫溢，順利完成學業。畢業之後他又前往巴黎和海德堡求學，在海德堡，他遇到了當時最富盛望的化學家本生，接觸了本生髮明的分光鏡，天底下竟然有這麼神奇的東西，只要用它做一下光譜分析就會發現新元素！

可惜的是，他並沒有跟本生處理好關係，後來雙方各執一詞，本生認為門捷列夫脾氣古怪，而門捷列夫則不喜歡本生實驗室里難聞的煙霧。總之，短暫的海德堡之旅結束了，門捷列夫成為「海龜」，回到了落後的俄國，開始寫他的《化學原理》。

【門捷列夫：咱年輕的時候也是「海龜」一個。】

我在寫這部《元素家族》的時候，能臆想到門捷列夫當年在起草《化學原理》時候的情境，可比我現在沒有頭緒多了。

當時只發現了62種元素，它們性質各異，有一到水裡就著火的鉀鈉兄弟，也有嗆人的氯，有輕的可以做氣球的氫，也有重的可以做秤砣的鉛。它們互相結合，更是形成了成千上萬種化合物，這些化合物的性質就更加複雜和千變萬化。即使如此，化學家們對它們也已經研究的非常詳盡了。

然而，當這些專業的化學教授們站在講台上時，卻沒有統一的標準。有人會先講氧元素，因為它的分布最廣；也有人認為應該先說氫，因為它是最輕的；還有人認為當然應該從鐵講起，因為這是最有用的元素；或者有人認為應該先說金，因為它最貴重。

化學家們面對的似乎是一片雜樹叢生、毫無秩序的密林，他們已經習慣於研究每一棵樹，細緻到樹上的葉子、切面的年輪，但如果你要問怎麼樣去更方便的描述這片密林，他們只會一棵一棵樹給你介紹，但具體從哪一棵樹開始，按照什麼樣的順序，完全得按照他的心情或者經驗。因為很少有人想過，這片密林竟然是有規律的。

【這一大坨的元素，有啥規律嗎？】

其實，也不是沒有人看出元素之間是有規律的，戴維發現了雙胞胎元素：鉀鈉兄弟，後來本生和基爾霍夫發現的銣銫兄弟也和它們很相似，這四種元素被稱為鹼金屬。類似的還有戴維發現的四種元素——鎂、鈣、鍶、鋇被稱為鹼土金屬。1842年，貝采尼烏斯為氟、氯、溴、碘四種元素提出一個術語「鹵素」，意為：形成鹽。

但在當時，大部分化學家只把這些作為有趣的談資，他們更為享受趴在每棵「樹」上研究樹葉和年輪的細節，卻少有幾個人願意跳出密林，去看看這片密林究竟是什麼樣的。

【鹵素的幾種典型元素：氟氯溴碘。】

門捷列夫就是這少有的幾個人里的一個，他實在是對過去寫化學課本的方法看不下去，他總覺得應該有更好的方法去描述這片密林，讓學生們一目了然。

所以，他開始玩牌。

他玩的當然不是普通的撲克牌，當時每一張紙牌上都寫著元素的名字、顏色、熔點、沸點、比重、化合價等等，他想方設法把這些紙牌排列成「同花順」、「四個頭」等等，仍然是一頭霧水。終於有一天，他想：如果按照原子量排列起來呢？

【傳說門捷列夫玩牌玩累了，夢見幾張牌自己跑到一起去了，他醒來以後立即記錄下來。最早體現出周期律的就是上圖這幾種元素。】

他立即注意到，按照原子量排列，原子量為7的鋰是當時的第二個元素，原子量為23的鈉是第九個元素，再往後，鉀是第十六，這些活潑的鹼金屬恰好每隔七個元素出現一次。比較類似的，鹼土家族也是一樣，鹵素也是如此。

就這樣，門捷列夫嘗試著把手上的牌塗成了紅橙黃綠青藍紫七色，排列成一個矩陣，這個元素密林終於清晰了很多，元素第一次有了隊形。

【當時還沒有發現稀有氣體，不管是紅橙黃綠青藍紫，還是多來米發梭拉西，總歸是排起來了。】

第一排樹是鹼金屬族，排頭的鋰最輕，也最安靜，落到水裡，只發出輕微的嘶嘶聲，而鈉就要比鋰更活潑一點，鉀丟到水裡簡直就要爆炸，而排在最後的銫，最重，也最容易跟別的物質化合，它在空氣里，自己立刻就要燒起來。

而最後一排是鹵素族，和鹼金屬族恰好相反，排頭最輕的氟化學性質最活潑，幾乎可以腐蝕任何物質，氯雖然腐蝕性也很強，但跟氟相比畢竟差了一個檔次，後面的溴更重，還是液體，腐蝕性就弱了很多，而最後的碘已經是固體，其反應活性只能用來做碘酒這種消毒劑了。

這樣一排序，這個雜亂無章的物質世界，竟然體現了驚人的統一性：周期律。

【第一份完整的元素周期律。】

好像這件事並沒有那麼複雜，不過是按照原子量的大小一個一個寫下去，周期律就自動出現了。為什麼其他化學家就沒去試一試呢？

其實問題遠沒有那麼簡單，道爾頓提出原子理論之後，做了大量的實驗去測量原子量。但是很可惜，他的結果大多數都是錯的。後來貝采尼烏斯用蓋呂薩克的氣體公式修正了一部分道爾頓的結果，大部分氣體元素的原子量搞定了，但仍有一些金屬元素的原子量跟真實偏差很大。可以想像，拿著一份錯誤的原子量登記表會排列出什麼樣的周期律。

另一方面，當時人們還只知道62種元素，再自信的化學家也不得不承認，一定還有一些元素沒有被發現。這就好像在排隊之前，有一些人開了小差，如果還用紅橙黃綠青藍紫給他們穿衣排隊的話，一切都亂了。

【原子量，意為：相對原子質量。】

門捷列夫究竟是怎樣解開這如此複雜的一團亂麻的呢？我們下集再說。

小測試：

1， 門捷列夫是哪兒人？

A） 西伯利亞

B） 莫斯科

C） 聖彼得堡

D）烏克蘭

2， 門捷列夫依靠（ ）發現了元素周期律。

A） 顏色

B） 熔點

C） 比重

D）原子量